The preparation method of nanocrystalline tungsten-copper matrix composites doped in situ with Ti/Cr and hard phase WC belongs to the field of powder metallurgy technology and refractory metal materials. On the basis of in-situ formation of nano-W_Cu-based composite powders with metal elements Ti/Cr dissolved in W and dispersed in WC, nano-crystalline W_Cu-based bulk composites with uniform composition and structure were prepared by spark plasma sintering. The average grain size of the prepared nanocrystalline W_Cu matrix bulk composites is less than 100 nm, and the density is more than 98%.
【技术实现步骤摘要】
金属元素Ti/Cr与硬质相WC原位共掺杂的纳米晶钨铜基复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种纳米晶钨铜基复合材料的制备方法,具体是原位反应制备金属元素Ti/Cr及WC相双掺杂的纳米晶钨铜基复合粉并进而制备纳米晶块体材料的方法,属于粉末冶金技术和难熔金属材料领域。
技术介绍
钨铜(W-Cu)复合材料因兼具钨的高熔点、低热膨胀系数及优良的力学性能和铜良好的导电、导热性能已成为诸多工业领域不可或缺的重要材料,如微电子工业、精细化工、核能、航空航天等领域。现代工业的高速发展对W-Cu基复合材料的综合性能提出了更高要求。以高压断路器核心部件电触头的应用为例,自W-Cu基复合材料面世以来一直作为其关键原料。随着超高压电力运输发展需求的与日俱增,电触头在分断更大电流的过程中,需要在承载一定压应力及摩擦力的同时,电弧应更均匀的分散在触头表面以避免形成烧蚀坑导致触头失效。这就要求触头材料应当同时具有更高的强度、耐磨损和耐电弧烧蚀性能。W-Cu基复合材料的性能与材料的成分、组织密切相关,所以可通过掺杂和调控材料组织来提升W-Cu基复合材料的综合性能。一方面,WC作为一种重要的陶瓷相,不但在室温下具有高的硬度和抗压强度,同时在高温下硬度与室温时基本相当,可以作为高温用材料的有效添加剂。此外,金属元素的添加,可有效细化晶粒组织,细晶材料往往比传统粗晶材料具有更高的硬度、耐磨性、强度等综合性能。另一方面,W-Cu基复合材料均匀的成分及组织分布有利于电弧的均匀分散以及力学性能的稳定。因此成分、组织的均匀分布对提高W-Cu基复合材料的综合性能起决定性作用。根据文献检索,已有研究主要通过 ...
【技术保护点】
1.一种成分、组织分布均匀且金属元素Ti/Cr及硬质相WC原位共掺杂纳米晶W‑Cu基块体复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)以钨氧化物、铜氧化物、碳化钛/碳化铬和碳化钨为原料,按照化学计量比进行配料;首先对钨氧化物、铜氧化物进行高能球磨,磨球与粉末质量比为3:1~5:1,以无水乙醇为研磨介质,研磨介质与物料体积比为1:1~3:1,球磨机转速为100~500r/min,球磨时间为20~50h;其次对碳化钛/碳化铬和碳化钨进行高能球磨,磨球与粉末质量比为5:1~10:1,以无水乙醇为研磨介质,研磨介质与物料体积比为3:1~5:1,球磨机转速为500~2000r/min,球磨时间为50~80h。经过高能球磨使得各原料粒径达到纳米级别,同时增加反应活性,若可直接得到纳米级别的原材料颗粒,则可省去高能球磨环节;之后将球磨后的粉末进行二次低速球磨混粉,球磨时间为10~30h;(2)将步骤(1)球磨后的粉体放置干燥箱中干燥处理,优选干燥温度为100℃,干燥时间为8h;将干燥后的粉末置于管式炉中进行反应,采用氩气或氮气作为保护气体,反应温度为750~950℃,保温时间为1.5~2.5h ...
【技术特征摘要】
1.一种成分、组织分布均匀且金属元素Ti/Cr及硬质相WC原位共掺杂纳米晶W-Cu基块体复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)以钨氧化物、铜氧化物、碳化钛/碳化铬和碳化钨为原料,按照化学计量比进行配料;首先对钨氧化物、铜氧化物进行高能球磨,磨球与粉末质量比为3:1~5:1,以无水乙醇为研磨介质,研磨介质与物料体积比为1:1~3:1,球磨机转速为100~500r/min,球磨时间为20~50h;其次对碳化钛/碳化铬和碳化钨进行高能球磨,磨球与粉末质量比为5:1~10:1,以无水乙醇为研磨介质,研磨介质与物料体积比为3:1~5:1,球磨机转速为500~2000r/min,球磨时间为50~80h。经过高能球磨使得各原料粒径达到纳米级别,同时增加反应活性,若可直接得到纳米级别的原材料颗粒,则可省去高能球磨环节;之后将球磨后的粉末进行二次低速球磨混粉,球磨时间为10~30h;(2)将步骤(1)球磨后的粉体放置干燥箱中干燥处理,优选干燥温度为100℃,干燥时间为8h;将干燥后的粉末置于管式炉中进行反应,采用氩气或氮气作为保护气体,反应温度为750~950℃,保温时间为1.5~2.5h,保温结束后,直到炉体降至室温后,关闭保护气体,得到金属元素Ti/Cr及强化相WC共掺杂的纳米W-Cu基复合粉末;(3)取适量步骤(2)得到的粉末装入石墨模具中,将粉末进行预压,压力为5~20MPa;随后在放电等离子烧结室中完成装模,对烧结腔室进行抽真空操作,并对模具整体施加压力90~120MPa并保持;当真空度降至8~10Pa的条件下,以升温速率为50~100℃/...
【专利技术属性】
技术研发人员:宋晓艳,李昱嵘,侯超,唐法威,
申请(专利权)人:北京工业大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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